交流伺服电机调速技巧：剖析和应用 (交流伺服电机和直流伺服电机的区别)

简介

交流伺服电机是一种利用交流电能进行调速和控制的电机。与直流伺服电机相比，交流伺服电机具有结构简单、效率高、体积小、重量轻等优点，广泛应用于工业自动化、机器人等领域。

调速原理

矢量控制

矢量控制是一种通过控制交流伺服电机的磁场方向和幅度来实现调速的技术。这种技术可以实现高精度、高响应的调速控制，适用于对转速精度和响应时间要求较高的场合。

电压/频率控制

电压/频率控制是一种通过改变供给交流伺服电机的电压和频率来实现调速的技术。这种技术简单易行，成本低廉，适用于对转速精度和响应时间要求不高的场合。

PWM控制

PWM控制是一种通过改变交流伺服电机供电电压的脉宽来实现调速的技术。这种技术可以实现无级调速，控制精度高，但成本相对较高，适用于对转速精度要求较高且需要频繁变速的场合。

应用实例

机器人

交流伺服电机广泛应用于机器人中，用作关节驱动器。由于其高精度、高响应的调速性能，交流伺服电机可以确保机器人动作的准确性和可靠性。

工业自动化

在工业自动化中，交流伺服电机用于控制各种自动化设备，如输送机、分拣机、包装机等。交流伺服电机的稳定性、精度和可靠性确保了这些设备的平稳运行和生产效率。

交流伺服电机和直流伺服电机的区别

结论

交流伺服电机以其高精度、高响应、高效率等优点，在工业自动化、机器人等领域得到广泛应用。通过了解交流伺服电机调速原理和应用实例，我们可以更好地理解和使用这一重要的电机类型。

交流伺服电机和直流伺服电机的区别

直流伺服电机输入或输出为直流电能的旋转电机。它的模拟调速系统一般是由2个闭环构成的，既速度闭环和电流闭环，为使二者能够相互协调、发挥作用，在系统中设置了2个调节器，分别调节转速和电流。2个反馈闭环在结构上采用一环套一环的嵌套结构，这就是所谓的双闭环调速系统，它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点，因而得到广泛地应用。通常是由模拟运放构成PI或pid电路；信号调理主要是对反馈信号进行滤波、放大。考虑到直流电机的数学模型，模拟调速系统动态传递函数关系在模拟调速系统的调试过程中，因电机的参数或负载的机械特性与理论值有较大差异，往往需要频繁更换R，C等元件来改变电路参数，以获得预期的动态性能指标，这样做起来非常麻烦，如果采用可编程模拟器件构成调节器电路，系统参数如增益、带宽甚至电路结构都可以通过软件进行修改，调试起来就非常方便了。直流伺服电机分为有刷和无刷电机，有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），会产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护不存在碳刷损耗的情况，效率很高，运行温度低噪音小，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。直流伺服电机可应用在火花机，机器手，精确的机器等，同时可加配减速箱，令机器设备带来可靠的准确性及高扭力。

交流伺服电机输入或输出为交流电能的旋转电机。交流电动机分定子绕组和转子导体.转子导体形状像鼠笼导体与导体之间用硅钢片，有的交流电动机转子也有绕组。交流伺服电机转子是高阻抗的金属合金制成的，定子上的线圈有两组，分励磁线圈和力矩线圈，励磁线圈以固定的频率给转子励磁，力矩线圈负责提供转动的力矩，这两组线圈都在驱动器的带动下工作。自带的叫：旋转编码器，精度是：分度数（转动一周发出的脉冲数）。交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。 作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。 同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。异步电机负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广，在不致引起误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。普通异步电机的定子绕组接交流电网，转子绕组不需与其他电源连接。因此，它具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。异步电机运行时，必须从电网吸取无功励磁功率，使电网的功率因数变坏。因此，对驱动球磨机、压缩机等大功率、低转速的机械设备，常采用同步电机。由于异步电机的转速与其旋转磁场转速有一定的转差关系，其调速性能较差(交流换向器电动机除外)。对要求较宽广和平滑调速范围的交通运输机械、轧机、大型机床、印染及造纸机械等，采用直流电机较经济、方便。但随着大功率电子器件及交流调速系统的发展，目前适用于宽调速的异步电机的调速性能及经济性已可与直流电机的相媲美。到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。⑶惯量小，易于提高系统的快速性。⑷适应于高速大力矩工作状态。⑸同功率下有较小的体积和重量。